利用废弃或关闭矿井地热资源开发地源热泵的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用废弃或关闭矿井地热资源开发地源热泵的方法，涉及矿井资源化利用技术领域，包括以下步骤：搜集井筒及井筒周围的各类钻孔、巷道、硐室及工作面在建设、施工、开发阶段的地热地质参数；计算各采煤水平的地源热泵循环换热影响范围及其年循环利用地热资源量，选择利用地热最具有经济性的采煤水平，设计地埋管的布设方式；在矿井闭坑时期，在井筒地表周围建设施工换热站并在换热站中布设水泵循环机组；在井筒及井筒周围的各钻孔、巷道、硐室、工作面中嵌入地埋管并进行回填或封堵；将各地埋管连接至换热站，启动换热站的开关。本发明专利技术的优点在于：能够将关闭或废弃矿井地热资源合理化利用，具有较高的经济性。具有较高的经济性。具有较高的经济性。

【技术实现步骤摘要】
利用废弃或关闭矿井地热资源开发地源热泵的方法


[0001]本专利技术涉及矿井资源化利用
，尤其涉及一种利用废弃或关闭矿井 地热资源开发地源热泵的方法。

技术介绍

[0002]废弃或关闭矿井中仍有较多资源有待开发利用，如遗留煤炭资源、遗留煤 层气资源、矿井地下水资源、矿井地下空间资源、矿井地热资源、抽水蓄能资 源、矿区文化旅游资源、废弃或关闭矿井沉陷稳沉区域地面资源等，以待其能 在能源行业减碳、降碳、控碳、增能、创收方面发挥重要作用。
[0003]目前利用地热资源的主要方式为深部高温地热能开发地热电站，中部中低 温地热能直接抽取地下热水资源用作生产生活，浅部低温地热能开发地源热泵 用作工业或生活就近供暖或制冷。废弃或关闭矿井中的地热资源目前应用方向 较窄，原有废弃或关闭矿井的各类钻孔、井筒及不同深度水平巷道中所蕴含的 地热资源不能得到较好的利用，导致废弃或关闭矿井中地热资源浪费，原有矿 井建设投资回本创收时间增长。
[0004]公告号为的专利文献CN203640754U公开了一种煤矿混合资源综合开采系 统，包括埋设于采空区内的埋地盘管，埋地盘管与地源热泵连接，在风井中设 置空气源热泵，地源热泵和空气源热泵均与地面热水系统连接，地面热水系统 与热用户连接，但没有公开如何开发地源热泵以提高其经济性。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于如何将关闭或废弃矿井地热资源合理化利 用，并使其具有较高的经济性。
[0006]本专利技术是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：利用废弃或关闭矿 井地热资源开发地源热泵的方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，搜集井筒及井筒周围的各类钻孔、巷道、硐室及工作面在建设、施 工、开发阶段的地热地质参数；
[0008]步骤2，计算各采煤水平的地源热泵循环换热影响范围及其年循环利用地热 资源量，选择利用地热最具有经济性的采煤水平，设计地埋管的布设方式；
[0009]步骤3，在矿井闭坑时期，在井筒地表周围建设施工换热站并在换热站中布 设水泵循环机组；
[0010]步骤4，在井筒及井筒周围的各类钻孔、巷道、硐室及工作面中嵌入地埋管 并进行回填或封堵；
[0011]步骤5，将各地埋管连接至换热站，启动换热站的开关。
[0012]通过上述步骤能够将关闭或废弃矿井地热资源合理化利用，减少地热资源 浪费，减少原有矿井建设投资创收时间；通过选择利用地热最具有经济性的采 煤水平进行开发，使其具有较高的经济性。
[0013]作为优化的技术方案，步骤1具体包括以下步骤：
[0014]步骤1.1，井筒的设置方式包括立井、斜井；井筒的用途包括运输井、风井； 巷道的用途包括运输大巷、回风巷、机巷；井筒、巷道的建设方法包括普通凿 井法、冻结凿井法、钻孔凿井法、沉井凿井法、帷幕凿井法；钻孔的用途包括 煤田普查钻孔、煤田初勘钻孔、煤田详勘钻孔、煤田生产钻孔、煤田水文钻孔；
[0015]步骤1.2，地热地质参数包括区域构造背景、断裂分布区域、地层厚度、地 层岩性、煤层延展方向、煤层种类、岩土体热物性、地下水资源量、恒温带深 度、恒温带温度。
[0016]作为优化的技术方案，步骤2中，计算地源热泵循环换热影响范围的方法 采用数值模拟方法或岩土体热物性测试方法。
[0017]作为优化的技术方案，步骤2中，计算地源热泵年循环利用地热资源量的 方法采用平均比热容计算方法、地下水热量计算方法或平均温度计算方法。
[0018]作为优化的技术方案，平均温度计算方法具体为：将井筒从井口到某个采 煤水平的区域简化为直筒模型，将井筒周围的各钻孔简化为直筒模型，按照地 埋管的进水管所在的区域面积为1/2直筒底面积，并且地埋管以最密堆积方式堆 积的条件，结合地埋管内的水流速度、水密度、水比热容、换热站的进水与出 水温差、换热站的转换效率，计算地源热泵年循环利用地热资源量，即：
[0019]Q
α
＝(M
×
M
B
×
V
T
×
T
α
×
ρ
W
×
C
W
×
TEMP
DT
×
CVR
H
)/1000；
[0020]其中，Q
α
为地源热泵年循环利用地热资源量，KJ；M为1/2直筒底面积， m2；M
B
为地埋管以最密堆积方式堆积时其横截面面积占直筒底面积的比例，％； V
T
为地埋管内的水流速度，m/s；T
α
为一年秒数，为3.1536
×
107s；ρ
W
为水密 度，为1kg/L；C
W
为水比热容，为4.2
×
103J/(Kg
·
℃)；TEMP
DT
为换热站的进水与 出水温差，℃；CVR
H
为换热站的转换效率，％。
[0021]作为优化的技术方案，步骤2中，选择最具有经济性的采煤水平的方法为 对比年经济成本PC
E
、年利用地热资源利润Rev
G
和年环保利润Rev
EP
；
[0022]年经济成本PC
E
包括地埋管材料成本、换热站建筑施工成本、换热站至城区 的管道材料成本、换热站内的水泵购置成本、水泵运营成本、人工维护成本；
[0023]年利用地热资源利润Rev
G
包括年节约燃煤利润；
[0024]年环保利润Rev
EP
包括年减少碳排放量利润；
[0025]选择准则为：若PC
E
<Rev
G
+Rev
EP
，则该采煤水平利用地热具有经济性；若PC
E
> Rev
G
+Rev
EP
，则该采煤水平利用地热不具有经济性；若某个采煤水平 Rev
G
+Rev
EP
‑
PC
E
的值最大，则该采煤水平利用地热最具有经济性。
[0026]作为优化的技术方案，步骤2中，设计地埋管的布设方式包括：
[0027]设计地埋管在井筒中的布设方式：将井筒中连通所选择的采煤水平的横截 面沿径向划分为两个区域，分别用于布设进水管和出水管；
[0028]设计地埋管在钻孔中的布设方式：将井筒周围的各钻孔的孔底沿径向划分 为两个区域，分别用于布设进水管和出水管；
[0029]设计地埋管在巷道、硐室、工作面中的布设方式：将所选择的采煤水平的 巷道、硐室、工作面作为地埋管的布设区域。
[0030]充分利用了矿井下四通八达的地下空间，由于废弃或关闭矿井井下无通风 装置、排水装置，随着闭坑工作的持续，巷道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用废弃或关闭矿井地热资源开发地源热泵的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，搜集井筒及井筒周围的各类钻孔、巷道、硐室及工作面在建设、施工、开发阶段的地热地质参数；步骤2，计算各采煤水平的地源热泵循环换热影响范围及其年循环利用地热资源量，选择利用地热最具有经济性的采煤水平，设计地埋管的布设方式；步骤3，在矿井闭坑时期，在井筒地表周围建设施工换热站并在换热站中布设水泵循环机组；步骤4，在井筒及井筒周围的各类钻孔、巷道、硐室及工作面中嵌入地埋管并进行回填或封堵；步骤5，将各地埋管连接至换热站，启动换热站的开关。2.如权利要求1所述的利用废弃或关闭矿井地热资源开发地源热泵的方法，其特征在于：步骤1具体包括以下步骤：步骤1.1，井筒的设置方式包括立井、斜井；井筒的用途包括运输井、风井；巷道的用途包括运输大巷、回风巷、机巷；井筒、巷道的建设方法包括普通凿井法、冻结凿井法、钻孔凿井法、沉井凿井法、帷幕凿井法；钻孔的用途包括煤田普查钻孔、煤田初勘钻孔、煤田详勘钻孔、煤田生产钻孔、煤田水文钻孔；步骤1.2，地热地质参数包括区域构造背景、断裂分布区域、地层厚度、地层岩性、煤层延展方向、煤层种类、岩土体热物性、地下水资源量、恒温带深度、恒温带温度。3.如权利要求1所述的利用废弃或关闭矿井地热资源开发地源热泵的方法，其特征在于：步骤2中，计算地源热泵循环换热影响范围的方法采用数值模拟方法或岩土体热物性测试方法。4.如权利要求1所述的利用废弃或关闭矿井地热资源开发地源热泵的方法，其特征在于：步骤2中，计算地源热泵年循环利用地热资源量的方法采用平均比热容计算方法、地下水热量计算方法或平均温度计算方法。5.如权利要求4所述的利用废弃或关闭矿井地热资源开发地源热泵的方法，其特征在于：平均温度计算方法具体为：将井筒从井口到某个采煤水平的区域简化为直筒模型，将井筒周围的各钻孔简化为直筒模型，按照地埋管的进水管所在的区域面积为1/2直筒底面积，并且地埋管以最密堆积方式堆积的条件，结合地埋管内的水流速度、水密度、水比热容、换热站的进水与出水温差、换热站的转换效率，计算地源热泵年循环利用地热资源量，即：Q
α
＝(M
×
M
B
×
V
T
×
T
α
×
ρ
W
×
C
W
×
TEMP
DT
×
CVR
H
)/1000；其中，Q
α
为地源热泵年循环利用地热资源量，KJ；M为1/2直筒底面积，m2；M
B
为地埋管以最密堆积方式堆积时其横截面面积占直筒底面积的比例，％；V
T
为地埋管内的水流速度，m/s；T
α
为一年秒数，为3.1536
×
107s；ρ
W
为水密度，为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，安士凯，徐燕飞，陈永春，潘忠德，高银贵，朱翔斌，刘成伟，尹宏昌，詹绍奇，薛博，
申请(专利权)人：淮南矿业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：